Тампонажный раствор Советский патент 1992 года по МПК E21B33/138 

Изобретение относится к тампонажным материалам для цементирования нефтяных и газовых скважин в сложных геолого-технических условиях, требующих повышенной надежности разобщения пластов.

Наиболее эффективно применение для этих условий расширяющихся тампонажных композиций, обеспечивающих высокую плотность контакта цементного камня с колонной и породой 1. Недостатком извес - ных расширяющихся тампонажных материалов является пониженная трещино- стойкость и низкая деформативность камня. При воздействии динамических нагрузок на крепь в процессе перфорации и освоения скважин в тампонажном камне возможно образование трещин, нарушающих герметичность заколонного пространства.

Для повышения деформативных свойств известна цементная смесь, содержащая в качестве компонента, повышающего деформативные свойства камня, сульфированную меламинеформальдегид- ную смолу марки МФАР совместно с хромпиком. Но ее использование затруднено из- за дефицитности и дороговизны 2.

Известен тампонажный раствор, включающий портландцемент, ацетоноформаль- дегидную смолу (АЦФС), кремнегель и воду. Это техническое решение служит для получения ударотрещиностойкого цементного камня пониженной проницаемости, но не обладающего расширением 3.

Известен тампонажный раствор, содержащий портландцемент, расширяющую добавку и биополимер, недостатком которого является невысокая изолирующая способность, определяемая по сопротивлению давления гидроразрыва на контакте цементного камня с металлом 4.

Целью изобретения является повышение изолирующей способности путем увеличения давления гидроразрыва на контакте цементного камня с обсадной колонной при сохранении упругодеформативных свойств камня. Поставленная цель достигается тем, что тампонажный раствор, включающий портландцемент, расширяющую добавку на

W

Ё

VI VI

ON XI О

ел

основе оксида кальция высокотемпературного обжига и воду, дополнительно содержит ацетоноформальдегидную или аминоформальдегидную смолу при следующем соотношении компонентов, мае. ч.: Портландцемент100

Расширяющая добавка на основе оксида кальция высокотемпературногообжига (НРС-1) 2-10 Ацетоноформал ьде- гидная или аминоформ- альдегидная

смолы0,05-1,5

Вода40-55

Смола АЦФ обладает способностью от- верждаться в щелочной среде при попадании в цементный раствор, имеющий рН 11-12, ее функциональные метилольные группы обладают способностью взаимодействовать как между собой, так и с водоотни- мающими агентами, например, алюминатами и силикатами кальция, содержащимися в п/ц. Благодаря наличию в п/ц расширяющей добавки оксида кальция высокотемпературного обжига создаются бла- гоприятные условия для отверждения метилольных групп АЦФС с ионами Са , одновременно идет взаимодействие этих групп с гидратными новообразованиями, результатом этого является хорошее диспергирование и пластификация раствора, а в конечном случае повышаются упруго-де- формативные свойства цементного камня и его изолирующая способность. Процесс расширения происходит в более мягком режиме за счет снижения внутренних напряжений пластификаторами.

Аналогичным действием обладает смо- л а меламиномочевиноформальдегидная марки МФАР, выпускаемая по СТП 141-13- 86 в виде порошка. Смола АЦФ-ЗМ выпускается по ТУ 59.02.039.67-83. Из расширяющихся добавок наиболее техно- логичной является добавка на основе оксида кальция высокотемпературного обжига марки НРС-1.

При использовании этой расширяющей добавки в сочетании с пластификатором АЦФС или МФАР линейное расширение камня достигает величины в пределах 3- 6%, что одновременно приводит к повышению прочности и изолирующей способности цементного камня, определяв- мой по сопротивлению давления гидроразрыва на специальной установке.

Тампонажный раствор готовят следующим образом: в приготовленную воду добавляют расчетное количество смолы АЦФ

или МФАР, перемешивают, затем в жидкость затворения вводят смесь портландцемента и расширяющей добавки, затем производят перемешивание лабораторной мешалкой в течение 3-х мин. Лабораторные испытания тампонажного раствора проводят в соответствии с ГОСТ 26798.0-85. Испы- тание образцов на прочность после односуточного твердения их при t 75° С производили на универсальной испытательной машине Инстром 1342 (ФРГ) с автоматической записью величины нагрузки и деформации до момента разрушения образцов. Модуль упругости рассчитывали как отношение предела прочности при сжатии к величине предельной деформации образца при тех же испытаниях.

Линейное расширение определяли при твердении образцов в конических формах высотой 20 мм и D 35 и 50 мм во влажно- воздушных условиях в течение 24 ч на приборе ПНГ. .

Изолирующую способность цементного камня оценивали подавлению гидропрорыва, т. е. давлению, при котором наблюдается фильтрация воды через цементный камень, твердевший 24 ч при t 75° С в цилиндрической обойме высотой 0,1 м, диаметром 0,05 м.

Физико-механические свойства тампонажного раствора представлены в таблице.

Пример 1 (из табл., п. 4). Берут 495 мл воды, добавляют 5 г смолы АЦФ, перемешивают механической мешалкой. После этого раствор испытывают на водоотстой и проводят испытания по ГОСТ 26798.2-85 при t 75° С.

Пример 2 (из табл., п. 9). Берут 550 мл воды, добавляют 15 г смолы МФАР, перемешивают, затем добавляют смесь портландцемента (1000 г) и НРС-1 - 100 г, перемешивают и проводят испытания, аналогичные примеру 1. Результаты испытаний см, в таблице, п. 9.

Проведенные испытания показали, что введение в тампонажный раствор смол АЦФ или МФАР в сочетании с расширяющей добавкой приводит как к увеличению прочности и линейных размеров, так и к повышению изолирующей способности (по давлению гидропрорыва) и к повышению деформативности (пс модулю упругости).

Увеличение содержания АЦФ или МФАР вышеуказанных пределов ведет к удорожанию материалов, снижению эффективности. Введение малого количества расширяющей добавки (НРС-1) не повышает давление гидропрорыва, ее увеличение выше 10% может привести к перенапряжению цементного камня, к его растрескиванию.

Использование раствора позволит повысить качество цементирования скважин.

Формула изобретения Тампонажный раствор, включающий портландцемент, расширяющую добавку на основе оксида кальция высокотемпературного обжига и воду, отличающийся тем, что, с целью повышения изолирующей способности путем увеличения давления гидропрорыва на контакте цементного камня с обсадной колонной при сохранении упругодеформативных свойств камня, он

0

дополнительно содержит водорастворимую аминоформальдегидную или ацетонфор- мальдегидную смолу при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

Портландцемент100

Расширяющая добавка на основе оксида кальция высокотемпературного обжига2-10 Аминоформальдегидная или ацетонформальдегидная смола 0,05-1.50 Вода45-55

Сущность изобретения: раствор содержит компоненты, мае.ч.: портландцемент 10; расширяющая добавка на основе оксида кальция высокотемпературного обжига 2- 10; аминоформальдегидная или ацетонфор- мальдегидная смола 0,05-1,50; вода 45-55. На водном растворе смолы затворяют сухую смесь. Раствор обладает повышенной изолирующей способностью за счет увеличения давления гидропрорыва на контакте с обсадной колонной. 1 табл.

Биопопммер 100

Прототип

150

0,5

М 2,0

,«